KR20040087176A - 로봇 청소기의 자동충전 시스템 및 복귀방법 - Google Patents

로봇 청소기의 자동충전 시스템 및 복귀방법 Download PDF

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KR20040087176A
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Abstract

본 발명은 로봇 청소기의 자동충전시스템 및 복귀방법에 관한 것으로, 충전대의 수용부 정중앙에 적외선신호를 발생하는 수단을 구비하고, 로봇 청소기의 회전수단에 장착된 적외선 수신센서의 회전에 의해 사방을 감지함으로써, 로봇 청소기가 정확하고 신속하게 충전단자에 접속되도록 함과 아울러 시스템을 구현하기 위한 비용을 절감하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 충전대의 수용부 정중앙에 위치하고, 소정 각도로 적외선신호를 출력하여 로봇 청소기를 원거리로부터 상기 충전대 수용부로 인도하는 적외선 발생수단을 구비하는 충전대와; 로봇 청소기 본체의 회전가능한 장치에 부착되어,상기 적외선 발생수단에서 출력되는 적외선신호를 수신하는 다수의 적외선 수신수단과, 상기 다수의 적외선 수신수단에서 감지된 적외선신호에 의해, 충전대가 위치한 방향과 각도를 인지하여, 로봇 청소기의 이동을 제어하는 마이크로컴퓨터를 구비하는 로봇을 포함하여 구성한다.

Description

로봇 청소기의 자동충전 시스템 및 복귀방법{AUTO CHARGE SYSTEM AND RETURN METHOD FOR ROBOT CLEANER}
본 발명은 로봇 청소기의 자동 충전시스템 및 복귀방법에 관한 것으로, 특히 충전대의 수용부 정중앙에 적외선신호를 발생하는 수단을 구비하고, 로봇 청소기의 회전수단에 장착된 적외선 수신센서의 회전에 의해 사방을 감지함으로써, 로봇 청소기가 정확하고 신속하게 충전단자에 접속되도록 함과 아울러 시스템을 구현하기위한 비용을 절감하도록 한 로봇 청소기의 자동 충전시스템 및 복귀방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 충전 방법을 수행하는 로봇 청소기의 충전 시스템에 대한 구성을 보인 블록도로서, 로봇 청소기(100)와 충전을 수행하는 충전대(120)로 이루어져 있다.
상기 로봇 청소기(100)는 배터리(101)와 이 배터리의 전압을 감지하는 배터리 감지부(102)가 내장되어 있으며, 충전대(120)와의 통신을 수행하기 위한 적외선센서 (101) 및 적외선 통신모듈(103)이 부착되어 있다.
한편, 충전대(120)에도 로봇 청소기(100)와의 통신을 수행하기 위해 적외선센서 (122) 및 적외선 통신모듈(121)이 부착되며, 이와 같이 구성된 로봇 청소기 충전시스템의 동작을 설명한다.
먼저, 로봇 청소기(100)의 적외선센서(104)로부터 나오는 신호는 충전 통신 프로토콜의 시작을 충전대(120)에 전달하는 START 신호와, 로봇 청소기(100) 내의 충전 개페기(미도시)의 온 상태를 전달하는 COUPLER 신호와, 충전 통신 프로토콜의 종료를 전달하는 COMPLETE 신호 및 로봇 청소기(100)의 다른 에러 발생으로 충전을 종료할 때 사용하는 END 신호이다.
그리고, 상기 충전대(120)의 적외선 센서(122)로부터 나오는 신호는, 충전 대(120)의 충전 가능 상태를 전달하는 C_REQ 신호와, 충전 시작을 나타내는 CHARGE 신호, 및 충전대(120) 내부의 에러를 이동 로봇에 전달하기 위해 발생되는 FAULT 신호이다.
이상과 같은 신호들의 교환에 의해 이루어지는 통신 과정은 다음과 같다. 먼저, 충전 위치로 로봇 청소기(100)가 이동한 후, START 신호를 발생하고, 충전대의 적외선센서(122)는 START 신호를 감지하여 C_REQ 신호를 로봇 청소기(100)에 전송한다.
이에 따라, 상기 로봇 청소기(100)는 C_REQ 신호를 감지하여, 충전대(120)에 부착되어 있는 충전판(미도시)과 접촉하고, 충전 가능 상태에서 COUPLER 신호를 보낸다.
그러면, 상기 충전대(120)는 CHARGE 신호를 발생하고 충전을 시작한다.
이후, 충전이 종료되면, 로봇 청소기(100)에서 COMPLETE 신호가 발생되고, 이 신호를 전달받은 충전대(120)에서는 발생되고 있는 CHARGE 신호가 오프된다.
그러면, 로봇 청소기(100)의 COUPLER 신호도 종료된다.
만약, 충전을 수행하는 도중에, 로봇 청소기(100)로부터 END 신호가 발생되거나, 또는 충전대(120)로부터 FAULT 신호가 발생되면, C_REQ 신호가 오프되고, 일정 시간의 경과 후에 충전이 종료된다.
상술한 로봇 청소기의 충전대로 이동하는 방법은, 다수의 적외선센서가 각기 한방향만을 감지하는 충전대와 로봇 청소기 사이의 적외선 통신을 통하여 수행하거나, 또는 RF통신,영상인식등의 방법으로 통신하여 충전대로 이동하는데, 이렇게 로봇 청소기의 충전대로 이동하는 방법을 적외선 통신, RF 통신,영상인식으로 구현하는 데는 비용이 저렴하지 않아 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 상술한 로봇 청소기는 센서가 몸체에 부착되므로, 스캔동작시 몸체를회전시켜야 하므로, 로봇 청소기의 위치정보에 에러를 유발하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 충전대의 수용부 정중앙에 적외선신호를 발생하는 수단을 구비하고, 로봇 청소기의 회전수단에 장착된 적외선 수신센서의 회전에 의해 사방을 감지함으로써, 로봇 청소기가 정확하고 신속하게 충전단자에 접속되도록 함과 아울러 시스템을 구현하기 위한 비용을 절감하도록 한 로봇 청소기의 자동 충전 시스템 및 복귀방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도1은 종래 로봇청소기의 충전 시스템에 대한 구성을 보인 블록도.
도2는 본 발명 로봇 청소기의 자동 충전시스템에 대한 구성을 보인 개략도.
도3은 본 발명 로봇 청소기의 자동 충전 복귀방법에 대한 동작흐름도.
도4는 도2에 있어서, 로봇 청소기의 복귀방법을 보인 개략도.
*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****
100:로봇 101,102:적외선 수신수단
200:회전 수단 300:충전대
301:적외선 발생수단
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 충전대의 수용부 정중앙에 위치하고, 소정 각도로 적외선신호를 출력하여 로봇 청소기를 원거리로부터 상기 충전대 수용부로 인도하는 적외선 발생수단을 구비하는 충전대와; 로봇 청소기 본체의 회전가능한 장치에 부착되어,상기 적외선 발생수단에서 출력되는 적외선신호를 수신하는 다수의 적외선 수신수단과, 상기 다수의 적외선 수신수단에서 감지된 적외선신호에 의해, 충전대가 위치한 방향과 각도를 인지하여, 로봇 청소기의 이동을 제어하는 마이크로컴퓨터를 구비하는 로봇 청소기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 충전대의 수용부 정중앙에 위치하여, 로봇 청소기를 원거리로부터 상기 충전대 수용부로 인도하는 적외선 발생수단이 부착되는 로봇 청소기의 자동충전 복귀 시스템에 있어서, 로봇 청소기가 로봇이 특정영역을 이동하면서, 사용자에 의해 명령된 작업을 진행하면서, 청소의 종료 또는 충전모드인지를 판단하는 과정과; 상기 판단결과, 청소가 종료되거나 충전모드이면,로봇 청소기의 본체에 부착된 회전판의 적외선 수신수단을 소정 각도 만큼 회전하면서, 충전대에서 송신되는 적외선신호를 감지하는 과정과; 충전대의 적외선신호가 감지되면, 충전대와 로봇 청소기의 위치관계에 따라, 로봇청소기의 진행방향을 결정하여 이동시키는 과정과; 로봇 청소기를 이동시키다가 적외선 신호가 수신되지 않으면, 이전 진행방향으로 소정 거리만큼 직진시키다가 벽면이 검출되면 그 벽면과 수평이 되도록 로봇 청소기를 회전시키는 과정과; 로봇 청소기를 벽면과 소정 간격을 두고 평행하게 이동하다가, 적외선 발생수단이 감지되면, 로봇 청소기를 전/후진시켜 정확한 충전단자의 위치를 검출하여 그 충전단자에 도킹하는 과정으로 수행함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 로봇 청소기의 자동 충전 시스템 및 복귀방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도2는 본 발명 로봇 청소기의 자동 충전시스템에 대한 실시예의 구성을 보인 개략도로서, 이에 도시한 바와같이 충전대(300)의 수용부 정중앙에 위치하고, 소정 각도로 적외선신호를 출력하여 로봇 청소기(100)를 원거리로부터 상기 충전대(300) 수용부로 인도하는 적외선 발생수단(301)을 구비하는 충전대(300)와; 로봇 청소기 (100) 본체의 회전가능한 장치에 부착되어,상기 적외선 발생수단(301)에서 출력되는 적외선신호를 수신하는 적외선 수신수단(101,102)과, 상기 적외선 수신수단 (101,102)에서 감지된 적외선신호에 의해, 충전대(300)가 위치한 방향과 각도를 인지하여, 로봇충전기(100)의 이동을 제어하는 마이크로컴퓨터(미도시)를 구비하는 로봇청소기(100)로 구성한다.
도3은 본 발명 로봇 청소기의 자동충전 복귀방법에 대한 동작 흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 로봇청소기(100)가 특정영역을 이동하면서, 사용자에 의해 명령된 작업을 진행하면서, 청소의 종료 또는 충전모드인지를 판단하는 단계 (SP1~SP3)와; 상기 판단결과 청소가 종료되거나 충전모드이면, 로봇 청소기(100)의 본체에 부착된 회전판(200)을 소정 각도 만큼 회전하면서, 충전대(300)에서 송신되는 적외선신호를 감지하는 과정(SP4)과; 충전대(300)의 적외선신호가 감지되면, 충전대와 로봇 청소기의 위치관계에 따라, 로봇 청소기(100)의 진행방향을 결정하여 이동시키는 과정(SP5,SP6)과; 로봇 청소기(100)를 이동시키다가 적외선 신호가 수신되지 않으면, 이전 진행방향으로 소정 거리만큼 직진시키다가 벽면이 검출되면 그 벽면과 수평이 되도록 로봇 청소기(100)를 회전시키는 과정(SP7)과; 로봇 청소기(100)를 벽면과 소정 간격을 두고 평행하게 이동하다가, 적외선 발생수단(301)이 감지되면, 로봇 청소기(100)를 전/후진시켜 정확한 충전단자의 위치를 검출하여 그 충전단자에 도킹하는 과정(SP8,SP9)으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.
먼저, 로봇 청소기(100)는 특정영역에서, 사용자의 명령에 의해 청소 작업을 진행한다(SP1).
이렇게 청소 작업을 진행하면서, 상기 로봇 청소기(100)는 배터리의 잔량을 체크하여 일정량 이하이면 충전모드로 전환하여 충전대로 복귀하기 위한 모드로 전환하거나, 또는 사용자의 명령에 의한 청소작업이 종료되면 충전대로 복귀하기 위한 모드로 전환한다(SP2).
이에따라, 로봇 청소기(100)는 회전판(200)에 부착된 적외선 수신수단 (201,202)을 소정각도 만큼 회전하면서, 충전대(300)의 수용부 정중앙에 위치한 적외선 발생수단(301)으로부터 출력되는 적외선신호를 수신하고, 로봇청소기(100)의 마이크로컴퓨터(미도시)는, 상기 적외선신호에 의해, 충전대(300)의 방향과 충전대 (300)와의 각도를 검지한다.
여기서, 상기 적외선 수신수단(101,102)은, 회전가능한 장치(200)에 1개 부착되면, 360도 회전하여 적외선신호를 수신하고, 회전 가능한 장치에 2개 부착되면, 각기 180도 회전하여 적외선신호를 수신하며, 회전가능한 장치에 3개 부착되면, 각기 120도 회전하여 적외선신호를 수신하고, 회전가능한 장치에 4개 부착되면, 각기 90도 회전하여 적외선신호를 수신한다.
이후, 로봇 청소기(100)는, 검지된 충전대(300)의 방향 및 충전대(300)와의 각도에 따라, 충전대(300)로 이동하는데, 마이크로컴퓨터(미도시)는 충전대(300)의 위치가, 로봇 청소기(100)의 몸체에 대하여 좌측(우측)에 보이도록 로봇청소기 (100)를 회전시킨후, 로봇 청소기(100)의 진행방향에 대하여 충전대(300)가 좌측(우측) 으로 일정각도(약45도) 지점에 위치하도록 이동을 제어한다.
만약, 상기 충전대(300)에서 발생되는 적외선신호가 인식되지 않으면, 상기 마이크로컴퓨터(미도시)는, 로봇 청소기(100)의 진행방향에 대하여 충전대(300)가 좌측(우측) 으로 일정각도(약 45도) 지점에 위치하도록 이동하다가, 적외선 신호가수신되지 않으면, 이전 진행방향으로 소정 거리만큼 직진시킨 다음, 월 팔로윙 (Wall Following)을 시켜 적외선발생수단(301)이 검출되면, 그 적외선 발생수단 (301)을 기준으로 로봇 청소기(300)를 전진/후진 시키면서 정확한 적외선 발생수단 (301)의 위치를 감지하여 도킹 동작을 실행한다.
보다 상세하게, 도3 및 도4를 참조하여 상세히 설명하면, 우선, 로봇(100)은 특정영역에서, 사용자의 명령에 의해 청소 작업을 진행하고(SP1), 동시에 상기 로봇(100)은 배터리의 잔량을 체크하여 일정량 이하이면 충전모드로 전환하여 충전대 (300)로 복귀하기 위한 모드로 전환하거나, 또는 사용자의 명령에 의한 청소작업이 종료되면 충전대(300)로 복귀하기 위한 모드로 전환한다(SP2,SP3).
그 다음, 도4의 (a)와 같이, 로봇 청소기(100)의 본체에 부착된 회전판(200)의 적외선 수신수단 (101,102)을 소정 각도 만큼 회전하면서, 도4의 (b)와같이 충전대(300)의 적외선신호를 수신하여 충전대(300)의 방향 및 충전대(300)와의 각도를 검지한다(SP4,SP5).
그 다음, 충전대(300)의 적외선신호가 감지되면, 충전대(300)와 로봇 청소기 (100)의 위치관계에 따라, 도4의 (c)와 같이 로봇 청소기(100)의 진행방향을 결정하여 이동시킨다(SP5,SP6).
여기서, 로봇 청소기(100)의 몸체에 대하여, 충전대(300)가 좌측(우측)에 위치하도록 로봇 청소기(100)를 회전시킨 다음, 그 로봇 청소기(100)의 진행방향에 대하여, 충전대(300)를 좌측(우측)으로 일정각도(45도) 지점에 위치시키면서 로봇 청소기(100)를 이동시킨다.
만약, 로봇 청소기(100)를 이동시키다가, 도4의 (d)와 같이 적외선 신호가 수신되지 않으면, 이전 진행방향으로 소정 거리만큼 직진시키다가 벽면이 검출되면 그 벽면과 수평이 되도록 도5의 (e)와 같이 로봇 청소기(100)를 회전시킨다(SP7).
그 다음, 로봇 청소기(100)는 월-팔로윙(Wall-Following)을 수행하는데, 즉 도4의 (f),(g)와 같이, 로봇 청소기(100)를 벽면과 소정 간격을 두고 평행하게 이동하다가, 도4의 (h)와 같이 적외선 발생수단(301)이 감지되면, 로봇 청소기(100)를 도4의 (i),(j),(k)와 같이 전/후진시켜 정확한 충전단자의 위치를 검출하여, 도4의 (l)과 같이 로봇 청소기(100)를 충전대(100)의 충전단자에 도킹한다.
즉, 로봇 청소기(100)는 월-팔로윙(Wall-Following)을 수행하다가, 적외선 발생수단(301)이 감지되면,로봇 청소기(100)를 전/후진을 반복하여 적외선 발생수단(301)의 감지 시작지점과 감지 종료지점의 각도를 저장한후, 그 적외선 발생수단 (301)의 감지 시작지점과 감지 종료지점의 중간 각도를 충전대(300) 위치로 감지하여 로봇 청소기(100)의 충전단자와 충전대(300)가 마주보도록 로봇을 회전한 다음, 로봇 청소기(100)를 후진하여 충전대(300)의 충전단자에 도킹한다.
상기 본 발명의 상세한 설명에서 행해진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명확하게 하기 위한 것으로 이러한 구체적 실시예에 한정해서 협의로 해석해서는 안되며, 본 발명의 정신과 다음에 기재된 특허 청구의 범위내에서 여러가지 변경 실시가 가능한 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 충전대의 수용부 정중앙에 적외선신호를 발생하는 수단을 구비하고, 로봇에 적외선 수신센서가 부착된 회전수단을 구비하여, 로봇이 충전대의 수용부 정중앙에서 발생하는 적외선 신호에 의해 충전대가 위치한 방향과 각도를 인지함으로써, 로봇이 정확하고 신속하게 충전단자에 접속되도록 함과 아울러 회전수단에 장착된 적외선 수신센서에 회전에 의해 사방을 감지함으로써 로봇 몸체의 회전에 의한 위치정보 에러를 방지함과 아울러 로봇 자동 충전 시스템을 구현하기 위한 비용을 절감하는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 충전대의 수용부 정중앙에 위치하고, 소정 각도로 적외선신호를 출력하여 로봇 청소기를 원거리로부터 상기 충전대 수용부로 인도하는 적외선 발생수단을 구비하는 충전대와;
    로봇 청소기 본체의 회전가능한 장치에 부착되어,상기 적외선 발생수단에서 출력되는 적외선신호를 수신하는 다수의 적외선 수신수단과,
    상기 다수의 적외선 수신수단에서 감지된 적외선신호에 의해, 충전대가 위치한 방향과 각도를 인지하여, 로봇 청소기의 이동을 제어하는 마이크로컴퓨터를 구비하는 로봇 청소기를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자동충전 복귀 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 다수의 적외선 수신수단이 부착된 회전가능한 장치는
    마이크로컴퓨터의 제어에 의해, 청소작업이 끝나거나 충전모드로 전환되면, 수직으로 상승하여 적외선신호를 수신하기 위하여 소정 각도 만큼 회전하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자동충전 시스템.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 적외선 수신수단은,
    회전가능한 장치에 1개 부착되어, 360도 회전하여 적외선신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자동충전 시스템.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 적외선 수신수단은,
    회전 가능한 장치에 2개 부착되어, 각기 180도 회전하여 적외선신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자동충전 시스템.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 적외선 수신수단은,
    회전가능한 장치에 3개 부착되어, 각기 120도 회전하여 적외선신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자동충전 시스템.
  6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 적외선 수신수단은,
    회전가능한 장치에 4개 부착되어, 각기 90도 회전하여 적외선신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자동충전 시스템.
  7. 제1 항에 있어서, 마이크로컴퓨터는,
    초기에, 충전대의 위치가, 로봇 청소기의 몸체에 대하여 좌측(우측)에 보이도록 로봇을 회전시킨후, 로봇 청소기의 진행방향에 대하여 충전대가 좌측(우측) 으로 일정각도 지점에 위치하도록 이동 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자동충전 시스템.
  8. 제7 항에 있어서, 마이크로컴퓨터는,
    로봇 청소기의 진행방향에 대하여 충전대가 좌측(우측) 으로 일정각도 지점에 위치하도록 이동하다가,
    적외선 신호가 수신되지 않으면, 이전 진행방향으로 소정 거리만큼 직진시킨 다음, 월 팔로윙(Wall Following)을 시켜 적외선발신수단이 검출되면, 그 적외선 발생수단을 기준으로 로봇청소기를 전/후진 시키면서 정확한 적외선 발생수단의 위치를 감지하여 도킹동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자동충전 시스템.
  9. 충전대의 수용부 정중앙에 위치하여, 로봇 청소기를 원거리로부터 상기 충전대 수용부로 인도하는 적외선 발생수단이 부착되는 로봇 청소기의 자동충전 복귀 시스템에 있어서,
    로봇 청소기가 로봇이 특정영역을 이동하면서, 사용자에 의해 명령된 작업을 진행하면서, 청소의 종료 또는 충전모드인지를 판단하는 과정과;
    상기 판단결과, 청소가 종료되거나 충전모드이면,로봇 청소기의 본체에 부착된 회전판의 적외선 수신수단을 소정 각도 만큼 회전하면서, 충전대에서 송신되는 적외선신호를 감지하는 과정과;
    충전대의 적외선신호가 감지되면, 충전대와 로봇 청소기의 위치관계에 따라, 로봇청소기의 진행방향을 결정하여 이동시키는 과정과;
    로봇 청소기를 이동시키다가 적외선 신호가 수신되지 않으면, 이전 진행방향으로 소정 거리만큼 직진시키다가 벽면이 검출되면 그 벽면과 수평이 되도록 로봇청소기를 회전시키는 과정과;
    로봇 청소기를 벽면과 소정 간격을 두고 평행하게 이동하다가, 적외선 발생수단이 감지되면, 로봇 청소기를 전/후진시켜 정확한 충전단자의 위치를 검출하여 그 충전단자에 도킹하는 과정으로 수행함을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자동충전복귀방법.
  10. 제9 항에 있어서, 충전대의 적외선신호가 감지되면, 충전대와 로봇 청소기의 위치관계에 따라, 로봇청소기의 진행방향을 결정하여 이동시키는 과정은,
    로봇 청소기의 몸체에 대하여, 충전대가 좌측(우측)에 위치하도록 로봇을 회전시키는 단계와;
    로봇의 진행방향에 대하여, 충전대를 좌측(우측)으로 일정각도 지점에 위치시키면서 로봇 청소기를 이동하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자동충전 복귀방법.
  11. 제9 항에 있어서, 로봇 청소기를 벽면과 소정 간격을 두고 평행하게 이동하다가, 적외선 발생수단이 감지되면, 로봇 청소기를 전/후진시켜 정확한 충전단자의 위치를 검출하여 그 충전단자에 도킹하는 과정은,
    적외선 발생수단이 감지되면,로봇 청소기를 전/후진을 반복하여 적외선 발신수단의 감지 시작지점과 감지 종료지점의 각도를 저장하는 단계와;
    상기 적외선 발생수단의 감지 시작지점과 감지 종료지점의 중간 각도를 충전대 위치로 감지하여 로봇 청소기의 충전단자와 충전대가 마주보도록 로봇을 회전하는 단계와;
    로봇 청소기를 후진하여 충전대의 충전단자에 도킹하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 로봇 청소기의 자동 충전 복귀방법.
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